Indagine con martinetti piatti su muratura esistente: come si fa?

La verifica sismica dei fabbricati esistenti ha negli ultimi anni avuto un ruolo fondamentale per la riqualificazione del patrimonio edilizio esistente. Sono circa 12.187.698 gli edifici esistenti ed oltre 31 milioni di abitazioni (dati ISTAT) ed il 15% di esso è stato realizzato ante 1918. Oggi si sta promuovendo la riqualificazione del patrimonio edilizio anche tramite il Sismabonus e Ecobonus. Questo comporta la necessità di avviare una campagna di indagini conoscitive sullo stato delle costruzioni esistenti anche in materia strutturale mediante prove su materiali e indagini sullo stato tensionale delle strutture anche con l’ausilio dei martinetti piatti.

Vediamo in cosa consiste l’indagine su muratura mediante martinetti piatti. Esistono due tipologie di prove quelle con martinetto piatto singolo e con martinetto piatto doppio.

Muratura esistente: la prova con martinetto piatto singolo

Permette di stimare lo stato di tensione locale presente nelle strutture murarie.

La tecnica di prova si basa sulla variazione dello stato tensionale in un punto della struttura provocato da un taglio piano eseguito in direzione normale alla superficie della muratura. Il taglio viene generalmente realizzato mediante sega idraulica con lama circolare. II rilascio delle tensioni che si manifesta provoca una parziale chiusura del taglio, che viene rilevata tramite misure di distanza relativa fra coppie di punti posti in posizione simmetrica rispetto al taglio stesso. Viene quindi inserito all’interno del taglio un martinetto piatto, realizzato mediante sottili lamiere di acciaio saldate, che viene collegato al circuito idraulico di una pompa. La pressione interna viene gradualmente aumentata fino ad annullare la deformazione misurata successivamente all’esecuzione del taglio. In queste condizioni la pressione all’interno del martinetto è uguale in prima approssimazione alla sollecitazione preesistente nella muratura in direzione normale al piano del martinetto, a meno di una costante sperimentale che tiene conto del rapporto tra l’area del martinetto e l’area del taglio (k_a), ed a meno di una costante che tiene conto della rigidezza intrinseca di ogni martinetto (k_m).

La prova con martinetto piatto doppio

Consente di determinare le caratteristiche di deformabilità della muratura, nonché di fornire una indicazione sul valore di resistenza della stessa.

La prova consiste nell’effettuare un secondo taglio, parallelo al primo ad una distanza variabile (che dipende dagli elementi resistenti della muratura investigata e dalla larghezza del martinetto utilizzato), entro cui viene inserito il secondo martinetto. Ciò consente di delimitare un campione di muratura rappresentativo per dimensioni del comportamento meccanico della stessa.

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I due martinetti paralleli – opportunamente messi in pressione – applicano al campione interposto uno stato di sollecitazione monoassiale, e le deformazioni risultanti nella porzione muraria vengono misurate da un numero adeguato di sensori di spostamento in direzione ortogonale e parallela ai piani di inserimento dei martinetti, al fine di determinare il diagramma tensione deformazione della muratura indagata. I due tipi di prova con martinetto sono normati mediante ASTM C 1196-09 e 1197-09 e RILEM LUM D3 (1994).

Caratteristiche tecniche

A richiesta esecuzione con varie dimensioni, forme e spessori. Esecuzioni speciali con pressione max fino 400 bar.

Un martinetto piatto ha una propria rigidezza che si oppone all’espansione quando il martinetto viene gonfiato; essa è dovuta alla resistenza del metallo alla flessione, in modo particolare al contorno ed all’azione di diaframma dell’acciaio quando si espande. Perciò la pressione del liquido di misura nel martinetto è maggiore dello sforzo che il martinetto esercita. Il coefficiente K_mè il fattore correttivo principale che viene utilizzato nella relazione di calcolo fra la pressione imposta e lo sforzo applicato all’elemento strutturale. Pertanto più precisa sarà la definizione di K_mtanto più il valore dello sforzo calcolato sarà prossimo a quello reale.

Attrezzatura per il taglio

Per la realizzazione del taglio in cui alloggiare i martinetti, si adopera, oggi, una particolare moto-troncatrice a trasmissione eccentrica per tutti i tipi di materiale nel quale effettuare la prova. Vengono utilizzati dischi diamantati da 350 mm che consentono di praticare in tempi ridottissimi tagli semicircolari di 260 mm di profondità, per i quali sono disponibili gli appositi modelli di martinetti. Su richiesta disponibili altri sistemi.

La troncatrice monta un motore a scoppio (2T) raffreddato ad aria dalla potenza di 4.5 kW e peso complessivo di 13 kg. La gamma di lame diamantate disponibili offre una soluzione per il taglio in tutti i tipi di materiale.

Misura delle deformazioni

Particolare attenzione è stata posta nella scelta di questo importante strumento della catena per l’esecuzione delle prove con i martinetti piatti. Il deformometro è uno strumento di misura analogico, removibile, di elevata ed unica ripetibilità disponibile in un’ampia gamma di basi di misura (da 50 a 2.000 mm).

Nell’ambito delle prove di deformabilità con l’impiego di martinetti piatti il deformometro (di solito con base di misura da 200 mm e da 400 mm per le misure delle basi V ed H nella prova a doppio) viene utilizzato per la rilevazione delle misure di convergenza a cavallo dei tagli in cui vengono introdotti i martinetti. È costituito da una barra in invar alle cui estremità sono montate due testine munite di punte coniche. Una delle testine è fissa, mentre l’altra è libera di effettuare una certa rotazione attorno ad uno speciale coltello.

Le punte coniche dello strumento vanno posizionate nei forellini di appositi capisaldi in acciaio inox già applicati, con l’ausilio della dima in dotazione, alla struttura da controllare con adesivo adatto. Le letture indicate sul micrometro si riferiscono al movimento della testina ruotante conseguente all’eventuale spostamento dei capisaldi a causa delle deformazioni e vanno raffrontate ai valori iniziali di zero. La precisione è di 0.002 mm.

Pompa idraulica manuale

Per la messa in carico dei martinetti e per la relativa lettura è disponibile una pompa manuale idraulica, specifica per i martinetti piatti. Ancora oggi questa pompa è considerata dagli addetti ai lavori lo stato dell’arte dei sistemi idraulici per la messa in carico dei martinetti.

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La pompa idraulica dispone di due manometri (range standard: 0-25 bar e 0-100 bar) di precisione classe 1. È dotata di un circuito di scambio in modo da poter utilizzare il campo di misura più adatto alla prova da eseguire con la massima risoluzione di lettura. Il cuore dello strumento è il dispositivo pompante che assicura un ottimo controllo sulle letture effettuate mantenendo la pressione costante per ogni incremento. Il modello per i martinetti piatti presenta un serbatoio più capiente e consente il recupero del fluido di misura che, a prova terminata, viene fatto rifluire nel suddetto serbatoio. L’utilizzo come liquido di misura di una miscela molto fluida (ma non schiumosa) permette che i fattori di disturbo come le perdite di carico, siano ridotti notevolmente. Fornita in contenitore d’alluminio con accessori per il riempimento del serbatoio ed il collegamento ai martinetti con una confezione di 1.5 lt di miscela di misura. I manometri sono disponibili a richiesta da 0.6 a 600 bar.

Esecuzione di martinetto idraulico singolo

Nel caso della prova di martinetto piatto singolo, scelta una compagine muraria sufficientemente rappresentativa della tipologia da analizzare, si collocano le basi di misura al di sopra e al di sotto della posizione scelta per l’esecuzione del taglio, il più possibile equidistanti da esso. Si raccomandano al minimo 4 punti di misura. Si prende poi la misura iniziale di riferimento delle distanze con l’estensimetro removibile o mediante trasduttori elettronici. Si esegue quindi il taglio cercando di non disturbare la muratura circostante.

Dopo il taglio e la pulitura si prende la seconda misura nei quattro punti di riferimento e si calcola così per differenza il valore della chiusura del taglio. Si applica una prima pressione pari a circa il (20 ÷ 25) % della pressione stimata per raggiungere il presunto valore di sforzo locale e poi si scarica. La pressione si applica da zero ad incrementi di circa 1/8 della pressione attesa, oppure ad incrementi regolari pari a (0.5 ÷ 1.0) bar, e si memorizza lo spostamento misurato.

La prova si considera ultimata quando, in seguito ad incremento di pressione nel martinetto, si ottiene il ripristino delle misurazioni iniziali. La corrispondente pressione letta al martinetto (P) è la tensione locale nella muratura (), a meno delle costanti moltiplicative k_ae k_m.

dove:

P = pressione del martinetto che permette di ristabilire la distanza iniziale tra le basi;

k_a= costante adimensionale che rappresenta il rapporto tra l’area del martinetto e l’area del taglio eseguito nella muratura;

k_m= costante adimensionale dipendente dalla geometria e dalla rigidezza del martinetto.

Alla fine delle prove si scarica e si rimuove delicatamente il martinetto, chiudendo il taglio con una malta appropriata che non ritiri.

Esecuzione di martinetto piatto doppio

L’indagine con martinetto piatto doppio ha lo scopo di determinare il valore della tensione esistente sulla muratura, del modulo elastico e la resistenza a rottura di una porzione di muratura compresa tra due martinetti di forma semicircolare. L’indagine è eseguita successivamente alla normale prova su martinetto piatto, in modo da associare la sollecitazione gravante sulla porzione di muratura con quella massima a rottura.

Questa metodologia prevede l’utilizzo di due martinetti piatti di forma semisferica e diametro di circa 40 cm. Nel caso di murature regolari, i tagli sono fatti lungo il corso di mattoni.

– Liberare dall’intonaco una porzione muraria di 1,00 m x 1,00 m.
– Posizionare tre barrette di misura simmetriche rispetto alla mezzeria sopra la zona dove si effettuerà il primo taglio. Un’ulteriore barra di misura va posta sotto il primo taglio.
– Collegare le barrette a trasduttori di spostamento, che trasmetteranno i dati ad un’unità d’acquisizione in linea.
– Applicare sopra la porzione muraria da indagare un foglio di polietilene trasparente al fine di proteggere il muro ed i trasduttori durante la fase di taglio.
– Tarare i sensori e procedere all’esecuzione dei due tagli, a distanza di circa 40 cm, mediante una sega circolare eccentrica ad anello diamantato.
– Ispezionare l’interno dei tagli e procedere, con apposito utensile, alla rimozione di eventuali residui del taglio.
– Inserire i martinetti piatti e collegare i trasduttori con l’unità d’acquisizione.
– Tutte le deformazioni vanno registrate in linea su nastro cartaceo o supporto informatico.

Nel caso della prova di martinetto piatto doppio, vengono eseguiti nella muratura due tagli allineati verticalmente e distanti non più di 1.5 volte la lunghezza dei martinetti. Scelta una compagine muraria sufficientemente rappresentativa della tipologia da analizzare, si collocano le basi di misura e si posizionano i trasduttori di spostamento nella muratura compresa tra i due tagli. La localizzazione e il tipo di strumentazione devono essere scelti per misurare le deformazioni su una lunghezza pari al (75 – 90) % della distanza compresa tra i martinetti. Le misure devono essere prese in più punti ed eventualmente mediate. Si raccomandano almeno 4 punti di misura verticali ed uno orizzontale.

I tagli devono essere paralleli, allineati in verticale e separati almeno da 5 corsi di elementi componenti la muratura nel caso le altezze degli stessi siano minori di 100 mm (murature in laterizi) o 3 corsi per altezze maggiori (murature in pietra).

Dopo aver preso le misure di partenza, la pressione è incrementata nei martinetti a intervalli pari a circa il 10% della pressione massima attesa e le deformazioni sono misurate dopo una breve pausa di assestamento ad ogni passo. Ad ogni incremento, si devono registrare sia la pressione dei martinetti che le deformazioni. Il rapporto tra l’incremento di pressione (dp) e l’incremento della deformazione (dem), deve essere accuratamente controllato in modo da interrompere la prova quando improvvisamente diminuisce, per non danneggiare la muratura. Un ulteriore controllo riguarda la deformazione orizzontale, il cui repentino incremento potrebbe indicare la propagazione di una fessurazione. La tensione locale nella muratura si calcola come nel caso della prova di martinetto piatto singolo. A conclusione della prova si scarica la pressione e si rimuovono delicatamente i martinetti, chiudendo i tagli con una malta appropriata che non ritiri.

La corretta effettuazione delle prove di martinetto piatto richiede attenzione sia nell’esecuzione che nell’interpretazione dei risultati ottenuti.

In particolare è necessario porre attenzione nello svolgimento della prova qualora ci si trovi in presenza di murature deboli o con morfologie molto irregolari, in caso di bassi valori di tensioni di compressione (edifici bassi), nel caso di murature a più paramenti o soggette a carichi eccentrici, nel caso di presenza di interventi, anche non noti, di consolidamento murario (ad es. scuci-cuci), ecc.

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